淺析擠出機常規全螺紋螺桿的焊接修復

董偉

（廣東技術師范學院天河學院 機電工程系，廣東 廣州510540）

塑料擠出機是塑料成型加工應用比較廣泛的設備，其主要特點是：設備結構簡單,擠出過程連續,生產效率高,產品種類多，操作簡單，產品品質容易保證，既能加工常用的PP、PE、PVC等民用塑料，也可以加工 IPM M A、PA、ABS、PC、POM 等工程塑料。

螺桿指裝在擠出機或注塑機料筒內可以轉動且帶有螺槽的金屬桿，擠出機的生產能力、塑化品質、動力消耗等，主要取決于螺桿性能，被稱為擠出機的心臟。螺桿設計制造的好壞，對擠出制品的產量和品質有極大的影響，

常規全螺紋螺桿是出現最早、應用最廣的螺桿，由加料段、壓縮段和均化段共3段螺紋所組成。加料段的作用是壓實塑料，并輸送固體塑料，其長度約為（2～10）D；壓縮段的作用是熔化固體塑料，其長度約為螺桿有效長度的25%～50%；均化段的作用是使熔體進一步塑化均勻，并使料流定量、定壓地從機頭流道均勻擠出，其長度約為（4～7）D。

1 螺桿扭斷的原因

螺桿被扭斷，一般是由違規操作或設備的控制、安全系統失靈，或機桶內隨物料混進金屬異物，原料溫度偏低等原因，使螺桿轉速突然增加造成的。因為螺桿加料深度大于其他段，所以此段螺桿的扭曲強度最低，因此螺桿扭斷一般發生在加料段，如圖1所示。

圖1 扭斷的螺桿

2 螺桿的焊接工藝

2.1 兩斷螺桿的定位

扭斷螺桿的修復，通常采用焊接方法，焊接中最容易出的毛病之一就是焊口錯位，一旦焊接后將無法調整。為保證焊接后扭斷螺桿同軸，應采用如下方式：

（1）在兩段上分別設立定位孔、定位銷來保證焊口兩側螺桿的同軸；

（2）為保證焊口有足夠的強度，又適當減少焊接量，把焊接的兩斷面加工成U型坡口，如圖2所示。

圖2 螺桿的定位與焊接坡口

圖中，

D為螺桿直徑，m m；

d為定位銷軸直徑，一般d=D/6，m m，制造精度為h7；

D1為定位孔直徑，名義尺寸與定位軸相同，即D1=d，制造精度為H 7；

L為定位銷軸長度，取L=4 d，m m；

L1為定位孔裝配長度，取L1=L+2mm，單邊的定位孔深為L1/2。

U型坡口和定位孔在車床上加工而成，在扭斷螺桿的兩端面各車出半個U型槽坡口和一個定位孔，定位孔的尺寸一定要準確，且必須和螺桿的表面同一軸線。裝配時兩段扭斷螺桿用定位銷軸連接在一起，定位銷軸和定位孔的配合一定要緊密，以防斷面錯位。兩段螺桿中間要留有2mm間隙，要注意兩段螺桿表面盡量同一軸線。另外特別要注意的，是斷口處螺旋槽的連續性，要仔細測量焊口處的螺距，如不對要順時針或逆時針轉動其中一螺桿，直至螺距達到正確值，為下一步焊接做好準備。

2.2 焊條的性能要求

目前國內擠出機螺桿材料一般為45、40Cr和38CrM oAl A等。

（1）對焊條的要求。一是焊接金屬要有足夠的機械性能，即足夠的強度、塑性和抗沖擊值；二是不產生淬硬組織、冷裂縫和結晶裂縫（熱裂縫）等缺陷，并能減少焊接部位的內應力，以減小近縫區冷裂縫的產生；三是具有與焊接金屬相似的熱處理性能。

當焊件進行熱處理時，可保證焊縫與焊接金屬的機械性能基本一致。

（2）合金元素對焊縫性能的影響。一般常用的合金元素可使金屬的強度提高，但幾乎都會降低金屬的塑性。適量的硅、錳、銅、鉬不但可以提高金屬的強度，而且延伸率降低較少。鉬能顯著提高強度，但塑性的降低也較顯著，鉻、鎢、鉬、釩、鋁和硼等元素，對提高金屬耐熱性具有很好的效果。鈦、鈮、釩、鉬等元素，可強烈地細化晶粒，為了得到綜合性能優良的焊縫金屬，故焊條或焊絲多采用多元素的合金材料。

2.3 焊接工序

由于擠出機螺桿工作溫度較高，因此一般要求螺桿有較高的持久強度、抗蠕變能力、抗氧化能力和較高的硬度，所以螺桿材料對焊接熱循環要求較嚴格。如果規范選擇不當，近焊區會發生淬硬組織現象，嚴重時會產生冷裂縫。工序如下：

（1）預熱局部加熱裝配好的焊接部位，加熱溫度控制在300～350℃。

（2）打底焊。用直流反極性焊接，焊條用Φ2.5～3.2mm，根據U型尺寸選取。

（3）初次校正。校正過大彎曲量。

（4）加熱。再繼續加熱至400℃。

（5）焊接。焊條選用可比打底焊時大一檔，焊接過程保持預熱溫度，為了改善焊接熱循環過程，采用多層焊，但兩條焊縫之間要適當保持一段時間。第一道焊道尚未冷卻到馬氏體轉變溫度以前，就在上面進行第二道焊道的焊接。如間隔時間過短，焊縫區和近焊區就會產生過熱和軟化。另外，焊縫不能有氣孔夾渣，且要飽滿，螺旋部分按螺旋走向補，還要留出一定機械加工量。

（6）回火、保溫。焊接以后冷卻至350℃，然后再升溫至640℃左右，保持一段時間后，緩慢冷卻至室溫。

2.4 校正

校正前先要測量螺桿的徑向彎曲量。如彎曲量較大，可先用壓力機進行粗校；再測量螺桿的徑向跳動量，測量可在車床上進行，均化段軸端用車床卡盤卡住，另一端用尾座頂住軸的頂尖孔，用百分表測量螺桿的彎曲度。在進行測量時，車床要調好與螺桿螺距相同的螺距，然后掛上慢檔，在焊口左右反復測量，記下最大值和所在位置，并做上標記。

螺桿的校正在壓力機上進行，用V型鐵在壓力機上架好螺桿，先用百分表測一下焊縫附近的相對高度，然后用壓力機仔細地校正，因螺桿有彈性，所以校正壓力要從小到大逐漸增加，反復測量，一般校正到跳動量小于0.2mm即可。校正后用銅棒反復輕擊焊口附近，以釋放部分焊接與校正應力。

2.5 車床加工

校正后的螺桿，可在車床上加工修理。車削加工時，可先車螺桿焊接部分的外表面，進而再車螺旋槽，車削用量要小一些。車床加工后，螺桿的修復工作就完成了。

3 結束語

要說明的是，由于螺桿是細長的螺紋桿，其機械加工和熱處理工藝都比較復雜，精度的保證比較困難。所以，螺桿扭斷后是修復還是更換新件，要綜合考慮修理費用與修理后使用螺桿時間與更新費用和更新螺桿使用時間的比值，根據實際情況從經濟角度全面分析，采用比值小的方案才是經濟、正確的選擇。當然，焊接技術的發展也為螺桿高質量的修復提供了有利的保障。

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